《電子技術(shù)應(yīng)用》
您所在的位置:首頁 > 嵌入式技術(shù) > 設(shè)計應(yīng)用 > VxWorks下的異步通用定時器設(shè)計
VxWorks下的異步通用定時器設(shè)計
駐航天二院 蘇玉強(qiáng)
摘要: VxWorks是WindRiver公司開發(fā)的高性能實時嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核。在應(yīng)用軟件開發(fā)過程中經(jīng)常會用到定時器。VxWorks下要實現(xiàn)定時功能有2個途徑:一,借助taskDelay函數(shù)實現(xiàn);二,使用VxWorks提供的看門狗(watchdog)。使用taskDelay函數(shù)實現(xiàn)定時器的缺點在于它是基于任務(wù)的,任務(wù)優(yōu)先級會導(dǎo)致定時不準(zhǔn)??撮T狗基于系統(tǒng)時鐘中斷,定時精度大大優(yōu)于前者,但是對用戶的回調(diào)函數(shù)有諸多限制(如不允許使用semTake、printf等需要等待獲取某種資源的函數(shù),否則會引起死機(jī))。另外,看門狗只觸發(fā)一次回調(diào)函數(shù),如果用戶需要周期定時器就需要重新啟動看門狗。
Abstract:
Key words :

 

1 概 述

  VxWorks是WindRiver公司開發(fā)的高性能實時嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核。在應(yīng)用軟件開發(fā)過程中經(jīng)常會用到定時器。VxWorks下要實現(xiàn)定時功能有2個途徑:一,借助taskDelay函數(shù)實現(xiàn);二,使用VxWorks提供的看門狗(watchdog)。使用taskDelay函數(shù)實現(xiàn)定時器的缺點在于它是基于任務(wù)的,任務(wù)優(yōu)先級會導(dǎo)致定時不準(zhǔn)。看門狗基于系統(tǒng)時鐘中斷,定時精度大大優(yōu)于前者,但是對用戶的回調(diào)函數(shù)有諸多限制(如不允許使用semTake、printf等需要等待獲取某種資源的函數(shù),否則會引起死機(jī))。另外,看門狗只觸發(fā)一次回調(diào)函數(shù),如果用戶需要周期定時器就需要重新啟動看門狗。

  本文設(shè)計了基于看門狗機(jī)制的異步通用定時器,并根據(jù)實際需要設(shè)計了周期性定時和一次性定時兩種定時器。異步是指定時器運行于任務(wù)中,對用戶沒有任何限制。異步通用定時器提供類似于Windows下定時器的操作接口,簡單、方便。

2 VxWorks下的看門狗

  VxWorks提供看門狗機(jī)制,允許將希望若干時間延遲后執(zhí)行的用戶函數(shù)連接到看門狗,在定時時間到達(dá)后由看門狗自動執(zhí)行。看門狗機(jī)制由操作系統(tǒng)維持在系統(tǒng)時鐘中斷,連接到看門狗的函數(shù)同樣運行在系統(tǒng)時鐘中斷服務(wù)程序中。如果操作系統(tǒng)由于種種原因(如在系統(tǒng)時鐘中斷前的中斷或者內(nèi)核狀態(tài)),將不能立即執(zhí)行的函數(shù)存放在tExcTask任務(wù)的隊列中,則隊列中的函數(shù)將以tExc-Task任務(wù)的優(yōu)先級運行(通常為0)。操作系統(tǒng)對中斷服務(wù)程序的各種限制同樣適用于連接到看門狗的用戶函數(shù),如不能使用printf、semTake等。

  對看門狗的操作函數(shù)有4個:創(chuàng)建看門狗函數(shù),WDOGID wdCreate(void);啟動看門狗函數(shù),STATUS wdStart(WDOG_ID wdId,int delay,F(xiàn)UNCPTR pRoutine,intparameter);刪除看門狗函數(shù),STATUS WdDelete(WDOG_ID wdld);取消看門狗計時函數(shù),STATUS wdCancel(WDOG_ID wdld)。

  看門狗的簡單使用如下:

  首先創(chuàng)建看門狗,然后在啟動看門狗時連接用戶函數(shù)并設(shè)置延遲時間。上面程序中的interval即為延遲時間,單位為系統(tǒng)時鐘的tick數(shù)。缺省情況下,系統(tǒng)時鐘每秒的tick數(shù)為60。當(dāng)interval為1時,即延遲1/60 s后執(zhí)行usRFunc。系統(tǒng)時鐘的tick數(shù)可以通過sysClkRateSet函數(shù)設(shè)置。

  3 異步通用定時器的設(shè)計

  3.1 設(shè)計思想

  雖然看門狗提供的定時機(jī)制相對簡單易用,但還有許多局限性:①定時時間的單位為tick數(shù),而不是通常使用的s或者ms。②用戶函數(shù)運行在系統(tǒng)時鐘中斷服務(wù)程序中,而不是運行在任務(wù)的上下文中。這給用戶函數(shù)帶來許多限制(比如用戶函數(shù)中不能使用內(nèi)存分配、獲取信號量、printf打印輸出等),在這些限制下某些功能可能就無法實現(xiàn)。③看門狗的觸發(fā)是一次性的,而通常需要周期性的定時器。④相對于Windows下的定時器接口,看門狗接口不夠簡潔明了。異步通用定時器的設(shè)計基于看門狗,并在此基礎(chǔ)上做進(jìn)一步的封裝,提供類似于Windows的使用方式。系統(tǒng)時鐘每秒的tick數(shù)可以通過sysClkRateSet函數(shù)設(shè)置,一般設(shè)置為1 000,即每個tick代表1 ms。這樣就可以提供分辨率為ms級的定時器,對大多數(shù)應(yīng)用而言可以滿足使用要求。每個定時器對應(yīng)一個看門狗,同時對應(yīng)一個任務(wù),使得用戶函數(shù)運行在任務(wù)中,而不是在中斷中,這樣可以避免操作系統(tǒng)對中斷處理函數(shù)的種種限制。具體的做法是:在生成定時器時,啟動看門狗開始定時,同時創(chuàng)建一個任務(wù)等待一個計數(shù)信號量(該信號量初始為空,任務(wù)處于PEND狀態(tài));當(dāng)定時時間到達(dá)時看門狗釋放該信號,激活任務(wù),在任務(wù)中調(diào)用用戶函數(shù)。這樣做的優(yōu)點在于,提高了效率,減輕了負(fù)載,減少了中斷中的運算(僅僅是釋放信號量);盡管多創(chuàng)建了一個任務(wù),但是在定時器沒有觸發(fā)時任務(wù)仍處于PEND狀態(tài),對資源占用很小。

  3.2 接口設(shè)計

  提供類似于Windows的接口函數(shù),定時器的唯一索引是id號,操作定時器均通過id完成。分為2種類型定時器:周期性定時器和一次性定時器。周期性定時器可以周期性地觸發(fā)。一次性定時器則只觸發(fā)一次,類似于倒計時定時器,觸發(fā)后看門狗自動刪除,相應(yīng)的任務(wù)自動退出。在用戶對定時器模塊進(jìn)行初始化后,用戶可以在程序的任何地方調(diào)用定時器提供的接口。

 

3.3 具體實現(xiàn)

 3.3.1 對看門狗的封裝

  基于程序設(shè)計上的考慮,將定時器的管理控制和看門狗的具體操作分開,對看門狗進(jìn)行封裝,CClkGenerator類封裝了看門狗的所有操作,包括看門狗的創(chuàng)建、刪除、取消和啟動,保存定時器id、類型、定時周期等。值得注意的是:看門狗的回調(diào)函數(shù)并不是用戶的回調(diào)函數(shù),而是看門狗管理控制中提供的統(tǒng)一回調(diào)函數(shù),回調(diào)函數(shù)中的參數(shù)為定時器的索引號。封裝代碼如下: 

  從類定義可以看出,用戶并不能直接使用CClkGen-erator。也就是說,該類對用戶而言是不可見的,屏蔽了對看門狗的直接操作,只有定時器管理控制模塊才可以對其進(jìn)行操作。

 

3.3.2 定時器管理與控制

  定時器管理與控制模塊負(fù)責(zé)模塊初始化、多個定時器相關(guān)參數(shù)的存儲管理、定時器任務(wù)的安全退出,以及用戶接口的實現(xiàn)。

  定時器的主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):定時器控制結(jié)構(gòu)和存儲結(jié)構(gòu)。

  使用C++標(biāo)準(zhǔn)模板庫中的map實現(xiàn)對定時器的存儲。第1個參數(shù)為定時器的索引號,第2個參數(shù)為定時器控制結(jié)構(gòu)。使用map可以方便地實現(xiàn)基于定時器索引號的存儲管理和索引號的查找。使用map的定時器存儲示意圖如圖1所示。

  用戶在調(diào)用SetTimer函數(shù)時,創(chuàng)建一個初始狀態(tài)為空的計數(shù)信號量timerArrv,同時生成一個任務(wù)timerTask等待該信號量,此時任務(wù)狀態(tài)為PEND;實例化一個CClk-Generator對象,創(chuàng)建看門狗啟動定時器。當(dāng)定時器超時時,釋放timerArrv信號量,解除阻塞在timerArrv上的任務(wù),回調(diào)用戶函數(shù)完成一個完整的定時過程。定時器的典型運行過程如圖2所示。

  圖2中最底下的虛線指向啟動看門狗后的中斷處理流程。中間部分表示定時器任務(wù)運行過程,可見用戶回調(diào)函數(shù)是運行在任務(wù)空間中。“回調(diào)函數(shù)釋放信號量”到定時器任務(wù)semTake”的虛線表示釋放信號量使任務(wù)解鎖。

 4 定時器的應(yīng)用

  定時器管理控制模塊是用戶的唯一接口,使用Single-ton模式。只要調(diào)用CTimerCtrl::GetTimerCtrl()就可以完成對異步通用定時器的初始化,除對定時器進(jìn)行相關(guān)操作之外,還包括通過sysClkRateSet函數(shù)設(shè)置系統(tǒng)時鐘每秒的tick數(shù)為1000。下面的例子包含2個定時器:一個是1 sN期性定時器;另一個是周期為5 s的一次性定時器。

  結(jié) 語

  從應(yīng)用實例中可以看出,異步通用定時器的使用方法和Windows下的定時器沒有太大區(qū)別,接口簡單清晰。異步通用定時器可以應(yīng)用于定時精度為ms的絕大部分應(yīng)用程序中,對于精度要求高于ms的定時使用硬件輔助時鐘中斷更為合適,但是要注意操作系統(tǒng)對中斷處理函數(shù)的限制。

 

 

 

來源:單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)

此內(nèi)容為AET網(wǎng)站原創(chuàng),未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載。